di Rodolfo B.
Gli inizi della trazione diesel in Italia, con una descrizione sintetica delle prime due locomotive, sono stati trattati in un articolo precedente.
Successivamente a esse, alla fine degli anni ’20, la società Ansaldo di Genova, costruì un prototipo con interessantissime e innovative soluzioni tecniche. Con il loro ausilio, rese possibile l’utilizzo della trazione diesel con trasmissione meccanica anche per le motrici ferroviarie. Ricordiamo che questa soluzione, dopo tanti tentativi non coronati da successo, era ritenuta ormai improponibile.
Le opinioni sfavorevoli sull’utilizzo della trazione diesel espresse da grandi scienziati.
Lo stesso Rudolf Diesel ebbe a dire che:
« … l’applicazione a trasmissione diretta alle locomotive incontra ogni sorta di difficoltà per assicurare gli spostamenti ed i cambiamenti di marcia e che le condizioni d’ingombro e di peso vi sono svantaggiosissime », Da (Technique moderne, giugno 1912, dove tratta de: Les applications du moteur diesel à la locomotion et à la navigation).
Il progettista della nostra locomotiva, l’Ing. ENRICO HOCKE, spesso associato nei suoi brevetti al discusso Fausto Zarlatti, ci ha lasciato un interessantissimo resoconto sulla rivista degli ingegneri dell’epoca.
La difficoltà di avviamento a freddo.
L’ing. Hocke esamina i problemi che si presentano all’avviamento del motore diesel nel caso di trazione ferroviaria:
<< Fino dall’inizio dei miei studi sui motori Diesel da applicare alle locomotive con trasmissione diretta, ebbi la sensazione che una delle difficoltà da superare fosse quella dell’avviamento del motore a freddo e sotto carico.
L’avviamento del motore diesel ad aria compressa…
<< Generalmente i motori Diesel per impianti fissi e marini venivano avviati mediante l’aria compressa, immettendola nei cilindri del motore, finchè questo non abbia raggiunto una discreta velocità (almeno di 60-70 giri al minuto) da permettere l’inizio del funzionamento del Diesel. Talvolta questa manovra fallisce per mancata accensione, dovuta sia al numero di giri troppo basso, sia alla temperatura della camera di combustione divenuta troppo fredda per effetto dell’espansione dell’aria di avviamento, sia anche per motivi di costruzione del polverizzatore, il quale non funziona sempre regolarınente, ed allora si replica la manovra fino a che non si effettuano le prime accensioni.>> Naturalmente il “polverizzatore” è l’iniettore del carburante.
…applicato al trasporto ferroviario.
<< Ero convinto fino d’allora, che l’avviamento di una locomotiva con motore Diesel ad accoppiamento diretto nelle condizioni sopra esposte, sarebbe stato ben poco adatto per fare fronte alle esigenze ferroviarie, perchè non si sarebbe potuto confidare su di una pronta e sicura accensione del combustibile, specialmente a bassissimo numero di giri (da 10 a 20 giri al minuto) come richiesto durante lo spostamento di un treno>>.
L’esperimento svizzero-tedesco di trazione diesel effettuato dalla Sulzer-Borsig.
<< Questa mia convinzione ebbe in seguito piena conferma dal tentativo fatto dalle Ditte Sulzer e Borsig con la loro locomotiva Diesel costruita nel 1911:
La messa in movimento, avviamento del treno, avveniva avviando il motore per mezzo dell’aria compressa direttamente ammessa nei cilindri e provocando così un forte raffreddamento delle pareti ed una conseguente difficoltà nell’inizio del funzionamento a combustione: difficoltà che si traduceva in un enorme consumo di aria compressa, per far fronte al quale, le Ditte costruttrici avevano installato sulla locomotiva un compressore mosso da un apposito motore Diesel della potenza di 250 cavalli.>>
La soluzione ideata per l’avviamento.
Il progettista ci racconta lo sviluppo della sua idea: << La questione dell’avviamento fu la prima ad essere da me presa in esame, ed abbandonando l’idea dell’avviamento coll’aria compressa introdotta direttamente nei cilindri del motore, cercai di risolvere il problema nel modo seguente: eliminati dopo attento esame i tipi normali di motori Diesel con cilindri ad asse verticale, e ciò per ragioni di sagoma, peso, difficoltà di trasmissione alle ruote ecc., il tipo più adatto, come si vedrà in seguito, ebbe a risultarmi quello a due tempi a cilindri orizzontali e precisamente il tipo costituito da un blocco di coppie di cilindri: ciascuno a due stantuffi (pistoni, n.d.r.) contrapposti.
La doppia funzione dei cilindri esterni.
L’ing. Hocke spiega il concetto ispiratore del progetto: <<Ogni motore a due tempi è munito di una o due pompe di lavaggio, che generalmente vengono azionate dal motore stesso. Con un semplice dispositivo si possono però trasformare le pompe in cilindri motori, i quali, per mezzo di aria compressa, riescono facilmente a trascinare il motore Diesel. Orbene tale concetto ho adottato nel motore da me ideato per l’applicazione sulla locomotiva. In questa l’avviamento si ottiene direttamente sul treno ed indipendentemente dal motore stesso, introducendo l’aria compressa, proveniente da una serie di bombole sistemate sulla locomotiva, nei cilindri delle pompe di lavaggio, i quali sono disposti esternamente al telaio in modo analogo a quelli delle locomotive a vapore, e come questi funzionano fino a che il treno abbia raggiunto una velocità tale da permettere l’inizio del funzionamento del motore Diesel>>. Generalmente questa velocità non supera mai i 10 giri al minuto.
Da questo punto è soltanto il motore diesel che fornisce 1’energia necessaria all’accelerazione e al traino del treno, e le pompe cominciano a disimpegnare la loro vera funzione, aspirando aria dall’atmosfera ed insufflandola nei cilindri del Diesel.>>
Da un motore diesel si ottengono due motrici.
Riassumendo, il sistema di trazione diesel elaborato dalla “Ansaldo” funziona così: mediante un compressore, il motore diesel mantiene carica una serie di bombole di aria compressa.
Quando la locomotiva deve avviarsi, l’aria compressa viene iniettata nei cilindri esterni (definiti anche pompe in quanto provvedono a fornire l’aria per l’alimentazione del motore diesel durante la marcia). Così provoca il movimento degli stantuffi, i quali trascinano le ruote mediante le bielle, come una normale locomotiva a vapore. Dopo alcuni giri delle ruote motrici, il convoglio è tutto in movimento. Allora si attiva il motore diesel, che entra in sostituzione del motore ad aria compressa mediante il suo sistema di bilancieri e bielle. A questo punto la velocità è sufficiente affinché la potenza del motore possa essere trasmessa meccanicamente senza gli inconvenienti precedentemente discussi.
Il disegno del prototipo dimostra che il telaio base e la struttura sono ancora tipiche della locomotiva a vapore:
La distribuzione delle attrezzature per la trazione diesel.
Lo schema comprendeva due compressori, che oltre a fornire 1’aria di polverizzazione del combustibile, servivano anche a rifornire la scorta di aria compressa delle bombole, di mano in mano che essa si esauriva negli avviamenti e nei rallentamenti a bassissima velocità.
Uno di essi era azionato da un motore ausiliario indipendente, ed era collocato dentro la cabina; 1’altro, invece, era disposto in tandem con gli stantuffi delle pompe di lavaggio e poteva funzionare continuamente, o soltanto nei tratti in cui la locomotiva non era chiamata a sviluppare un lavoro molto gravoso. Questo fatto era molto utile soprattutto nelle discese, realizzando in tal modo una specie di ricupero della energia sviluppata dalla gravità del treno.
Il motore Diesel era collocato in un’apposita camera separata dalla cabina di manovra, ma sempre accessibile, anche durante la corsa. Nella parte inferiore era racchiuso in un carter che permetteva la lubrificazione forzata di tutti i suoi organi, bielle comprese, mentre l’albero a manovelle era lubrificato per “barbotage” nel bagno d’olio presente nel fondo del carter, e che veniva riportato in circolazione per mezzo di apposite pompe.
Il raffreddamento del motore era ottenuto a mezzo di acqua messa in circolazione da una pompa, e obbligata ad attraversare due batterie di radiatori collocate alle estremità della locomotiva. Essi erano dimensionati in modo che anche una sola batteria era sufficiente a mantenere la temperatura dell’acqua entro i limiti ammessi.
Una soluzione che non incrementa la massa della locomotiva.
Continua così l’ing. Hocke: << In tale modo,si può dire che la locomotiva è munita di due differenti motrici: una ad aria compressa per i soli avviamenti e l’altra Diesel che entra in funzione a marcia iniziata, senza però che questa disposizione arrechi aumento apprezzabile di peso, o complicazione sensibile nell’apparecchiatura, perchè la motrice ad aria è costituita da organi che, in ogni caso, dovrebbero esistere ugualmente sulla locomotiva, come ausiliari del Diesel. Queste due motrici, inoltre, possono, volendo, funzionare anche simultaneamente; talchè, in circostanze difficili, l’azione del motore Diesel può essere integrata con quella del motore ad aria compressa, senza che perciò ne derivi un qualsiasi disturbo all’uno o all’altro mezzo. >>
Lo strano “siluro” in alto davanti alla cabina è praticamente la marmitta in serie allo scappamento del motore diesel, opportunamente dimensionata per silenziarlo.
L’inversione di marcia.
Essendo il telaio e la distribuzione essenzialmente quelli della locomotiva a vapore, l’inversione di marcia avviene in maniera analoga. La sola differenza è che qui viene distribuita aria compressa invece del vapore. Ci spiega ancora il progettista:
<<Molto facile riesce poi il cambiamento di marcia poichè esso si effettua soltanto sui polverizzatori e sulla motrice ad aria compressa, la cui distribuzione è identica a quella di una comune macchina a vapore, e, come in questa, l’inversione si ottiene cambiando per mezzo della solita manovra a mano la posizione del corsoio nel settore. Avviato così il treno nella direzione voluta, il motore Diesel, entrando in funzione, continua la marcia nella stessa direzione e senza soluzione di continuità nel movimento>>.
Il particolare motore scelto da ANSALDO per la trazione diesel ferroviaria.
Come spiegato in precedenza dall’ing Hocke, <<il motore è diesel a due tempi ed è costituito da tre coppie di cilindri orizzontali; ogni coppia ha i cilindri sovrapposti e le coppie sono disposte l’una di fianco all’altra, col proprio asse parallelo all’ asse longitudinale della locomotiva >>. Il disegno seguente mostra il blocco interno del motore, con i sei cilindri allineati:
<<Ogni cilindro è munito di due stantuffi (pistoni) aventi la camera di combustione comune, e perciò moventisi in senso opposto; le aste degli stantuffi della stessa parte di ogni coppia sono collegate fra loro da un bilanciere oscillante attorno ad un pernio collocato nel mezzo fra gli attacchi delle aste degli stantuffi stessi, ed ogni bilanciere, per mezzo di una biella, è collegato all’ albero a manovella collocato trasversalmente sul telaio della locomotiva, al disotto del blocco dei cilindri, ed accoppiato, per mezzo di bielle, alle ruote>>. Nell’immagine seguente è evidenziata una delle due testate con i bilancieri mossi dalle bielle dei pistoni; i bilancieri poi saranno collegati all’asse cieco tramite bielle:
Analogia con il motore diesel a due tempi Junkers.
Purtroppo non sembra sia disponibile un disegno dettagliato del motore, per poter comprenderne appieno il funzionamento. Si può fare riferimento a motori simili, costruiti dalla tedesca Junkers (Jumo) e adattati per aerei e autocarri. Nella immagine successiva si vedono i pistoni contrapposti (che eliminano la necessità della testata con le valvole di distribuzione) e gli ingressi di aria compressa e gas esausti. Ovviamente nel motore Ansaldo le bielle dei pistoni non agivano su un albero motore, ma sui bilancieri vincolati alle testate.
Inoltre nel diesel a 2 tempi la fase di lavaggio si effettua solo con aria anziché con la miscela aria-gasolio-olio. Il carburante viene iniettato a parte nella camera di scoppio. In tal modo si evita la dannosa perdita di miscela fresca dallo scarico (uno dei limiti storici del 2 tempi a benzina), con notevole riduzione dei consumi, delle emissioni e aumento del rendimento totale soprattutto in presenza di pompa di lavaggio, che incrementa la pressione del fluido.
Le prime uscite del prototipo a trazione diesel.
Le Ferrovie dello Stato seguirono con molto interesse gli studi e i tentativi compiuti dalla Ditta Ansaldo per risolvere il problema della trazione diesel a trasmissione diretta. Esse contribuirono prestando parti di locomotive a vapore esistenti nei loro magazzini. Queste furono utilizzate nella costruzione della locomotiva di prova, con l’accordo che le Ferrovie dello Stato poi avrebbero eseguito con la stessa una serie di prove per rendersi conto direttamente dei vantaggi con essa conseguibili, e della sua praticità nel disimpegno del servizio di linea.
Però prima della consegna alle Ferrovie dello Stato, e dopo alcune prove eseguite sui binari dello Stabilimento, il costruttore eseguì (con il consenso e 1a cooperazione delle Ferrovie stesse) alcune prove preliminari sulla ferrovia nel tratto da Sampierdarena a Savona e ad Albenga. La locomotiva trainò treni merci ordinari in servizio corrente, per accertarsi del suo regolare funzionamento e per ricavare tutti gli elementi utili per le future costruzioni.
La trazione diesel ferroviaria alla prova pratica sul campo.
Le prove produssero dati e risultati che vennero poi raccolti in un prospetto. Esso fu completato con alcune delle zone tachimetriche più caratteristiche della linea. Dal prospetto stesso, i consumi di combustibile rilevati variano fra i 5 ed i 6 grammi di combustibile per tonnellata-chilometro virtuale rimorchiata (per i treni di tonnellaggio più prossimo alla prestazione normale della locomotiva). Era logico aspettarsi che i consumi potessero diminuire allorché la potenza della locomotiva avesse potuto essere sfruttata in maniera completa.
Inoltre occorre considerare che si trattava di corse effettuate su una linea con stazioni molto vicine, e quindi i treni subivano fermate frequenti con relativi stazionamenti ed avviamenti, a tutto discapito del buon rendimento del motore.
Nonostante questo, se si confrontano i consumi suindicati con i 50 grammi di carbone richiesti, in media, da una locomotiva a vapore, e con i 30 Watt richiesti da una locomotiva elettrica per compiere l’ identico lavoro, si vede che il vantaggio economico della trazione diesel era considerevole. Inoltre vi erano ulteriori economie conseguibili per il mancato consumo per accensioni e stazionamenti necessari per le locomotive a vapore e l’assenza assoluta di impianti elettrici costosi, necessari per la trazione elettrica.
Le conclusioni
Nell’ambiente si diffuse la persuasione che la nostra locomotiva Diesel rappresentasse la soluzione del problema della trazione diesel per tanto tempo e da tante parti ricercata.
I primi risultati incoraggianti convinsero a continuare i test sulla linea Roma-Firenze, importante linea dorsale tortuosa e con notevoli cambi di pendenza.
Purtroppo un grave incidente avvenuto a Chiusi interruppe le prove. Sembra che una rottura del meccanismo abbia proiettato all’esterno dei frammenti metallici e alcuni di essi abbiano perforato le pareti della cabina provocando conseguenze mortali. Non si hanno notizie precise e la stampa trascurò questo doloroso incidente. Ovviamente il regime fascista, impegnato a costruire un’immagine d’infallibilità cercò di evitare che questo evento la offuscasse. E, nonostante i risultati incoraggianti, l’esperimento non proseguì in quanto si ritenne che il momento economico non fosse più favorevole per questo tipo di motrice.
Progetti futuri di locomotive a trazione diesel mai realizzati.
La “Ansaldo” predispose diversi studi per realizzare altri tipi di locomotive che, insieme a quella costruita, potessero costituire una serie di motrici a trazione diesel sufficiente per soddisfare tutte le esigenze del traffico ferroviario. Di seguito i loro cosiddetti “figurini”:
1) Locomotiva diesel per ferrovie secondarie tipo D.1302 “Ansaldo”
Lo schema della a locomotiva D.1302 avrebbe comportato un rodiggio 1C, analogamente a una locomotiva tedesca elettrica (la E60), progettata qualche anno dopo per lo stesso tipo di servizio:
Contrariamente a quanto ci si aspetta, la parte anteriore è quella con la cabina e il piccolo asse anteriore che facilita l’inserimento in curva. Il numero 2 indica che quella è la parte posteriore della locomotiva.
2) Locomotiva diesel per treni viaggiatori tipo D.1413 “Ansaldo”
3) Locomotiva diesel per treni merci tipo D.1511 “Ansaldo”
– Autore R. Bigoni –
Data: 13 marzo 2022
Bibliografia
- Giovanni Cornolò – La ferrovia MONZA – MOLTENO – OGGIONO – Italmodel Ferrovie n° 229, agosto 1979.
- Domenico Molino – LA PRIMA LOCOMOTIVA DIESEL ITALIANA – Italmodel Ferrovie n° 202, marzo 1977.
- trenidicarta.it – Bibliografia Ferroviaria Italiana – https://www.trenidicarta.it/schede/3/3869_ANSALDO_S_A_Locomotive_con_motore_diesel_brevetti_Ansaldo_per_medie_e_grandi_potenze.html
- Adriano Betti Carboncini – La D.2311.001 ANSALDO – Rivista “I Treni” n. 332, dicembre 2010.
- Salvatore Rongone, Ferrovie Appulo Lucane , 1979.
- Oreste Santanera, Fiat Treni. Ottant’anni del contributo della Fiat alla tecnologia ferroviaria , Milano, Automobilia, 1997,
- Pietro Marra, Calabro Lucane. Piccole ferrovie tra Puglia, Basilicata e Calabria , Bagnacavallo, PGM, 2016,
- https://www.trenidicarta.it/schede/13/13637_Risultati_delle_prove_preliminari_eseguite_con_la_locomotiva_Diesel_Zarlatti.html